Engineering

Dimensionamento del basamento - Lunghezza biella

Sebbene in un motore da corsa si preferisca avere la lunghezza della biella minore possibile, ci si ritrova comunque a dover giungere ad un compromesso. La lunghezza della biella infatti deve essere tale da permettere al contrappeso dell’albero motore di passare tra il perno di banco e la parte inferiore del pistone quando quest’ultimo si trova al Punto Morto Inferiore. Per contenere le spinte sulla parete laterale del cilindro si dovrà limitare l’inclinazione "α" raggiungibile dalla biella rispetto all’asse verticale. Ne deriva quindi che per determinare la lunghezza della biella si procederà al seguente calcolo:

Dove:

L= lunghezza biella
C= corsa
Φspin= diametro spinotto
Rc= raggio contrappeso
S= distanza tra l’estremo inferiore del pistone e la superficie esterna dello spinotto
g= gioco fra pistone e contrappeso

Risulta ovvio però che la parte inferiore del basamento dovrà essere dimensionata in modo tale da poter alloggiare la frizione la quale si trova sullo stesso asse del perno di banco. La distanza W tra l’asse dell’albero motore e la parte inferiore del basamento sarà semplicemente:

Dove φfrizione è il diametro del gruppo frizione che deve essere alloggiato nel basamento.

 

Altezza del basamento - Distanza tra spinotto e cielo pistone

Proseguendo il discorso dal paragrafo precedente possiamo ricavare anche la distanza tra lo spinotto ed il cielo del pistone (definita altezza di compressione h). Per farlo è necessario tenere conto degli organi di tenuta del pistone (le fasce o segmenti). Essendovi in un motore da competizione la tendenza ad utilizzare un solo segmento di tenuta ed un solo segmento raschia olio, avremmo ovviamente un pistone con un cielo molto più vicino allo spinotto. La dimensione esatta dipenderà dal materiale impiegato , dal numero di prove sperimentali eseguite e dall’abilità del progettista. Con il pistone al punto morto superiore possiamo ricavare l’altezza del basamento (misurata dal perno di banco) come somma dell’altezza h (tra il centro dello spinotto ed il cielo del pistone) con la lunghezza della biella L e la metà della Corsa. Esattamente come segue:

 

I fattori della formula appena citata sono rappresentati in modo “indicativo” nell’immagine in alto. Ricordiamo che C/2 (il terzo addendo della somma) va dal centro del perno di biella al centro del perno di banco. Un solo segmento di tenuta in più su un pistone, sottrae al motore una potenza pari a 1 CV.

 

Lunghezza biella - Differenza tra bielle stradali e da competizione

I motori realizzati per le vetture di serie sono progettati per ospitare bielle piuttosto lunghe. Viceversa i motori più spinti prediligono bielle piuttosto corte. Vediamo perchè. A parità di altezza (A) del basamento un motore progettato con bielle lunghe può montare un pistone più corto e più leggero, questo permette di ridurre le masse alterne garantendo una maggiore affidabilità ed una minore usura dei componenti. Una biella lunga inoltre raggiunge minori inclinazioni laterali durante il suo moto. Tale vantaggio si traduce in una minore spinta laterale e minori attriti (minore usura) sulle pareti di ogni cilindro. Quindi in un motore stradale si privilegiano le dimensioni ridotte dei pistoni a scapito di bielle più lunghe. Al contrario nei motori ad elevate prestazioni dove i pistoni sono già ai minimi termini, si cerca di estremizzare il manovellismo riducendo anche la lunghezza della biella. Essendo la biella considerata come un organo che per una frazione si muove di moto alterno e per la restante frazione si muove di moto rotatorio, si riescono ovviamente a ridurre sia le masse che si muovono di moto alterno che quelle che si muovono di moto rotatorio. Una simile soluzione da un netto vantaggio in termini di prestazioni ma offre durate alquanto ridotte ed obbliga a costosi trattamenti superficiali sulle pareti dei cilindri proprio per l’aumento della spinta laterale. Ridurre le masse è fondamentale dove vi sono regimi di rotazione molto elevati che generano forze di inerzia altrettanto elevate che crescono proporzionalmente alle masse alterne.